我院郭光灿院士团队韩正甫教授与王双、银振强、陈巍等合作构建城域尺度自适应高维纠缠量子网络　 [2026-08-31]

 我院郭光灿院士团队在高维纠缠量子网络研究方面取得重要进展。该团队韩正甫教授与王双、银振强、陈巍等合作，构建了城域尺度自适应高维纠缠量子通信网络，展示了高维纠缠在提升网络通信性能和适应复杂环境方面的优势。相关研究成果以“High-dimensional entangled quantum networks with adaptive subspace division”为题，于8月27日在线发表于国际光学领域权威期刊《Optica》[Optica, 13, 1670–1679 (2026)]。

 量子通信正在从点到点链路向多用户网络发展。纠缠型量子网络能够在多个用户之间分发量子纠缠，为量子密钥分发、分布式量子传感和量子计算等应用提供基础资源。高维纠缠具有信息容量大、噪声容限高等优势，但在实际光纤网络中仍面临传输损耗、环境噪声和多节点稳定控制等挑战，其在实际网络中的应用优势仍有待进一步验证。

图1.  50公里高维纠缠量子密钥分发实验示意图

 近年来，团队围绕实用化高维量子通信持续开展研究。2024年，团队在50公里噪声光纤中验证了高维编码在信息容量和抗噪性能方面的优势[Optica, 11, 1056–1061 (2024)]。2025年，团队进一步在远距离传输后实现了独立标记单光子的高可见度量子干涉，并完成了基于被动诱骗态方案的测量设备无关量子密钥分发验证[npj Quantum Information, 11, 73 (2025)]。这两项工作分别在高维量子态远距离传输和独立单光子源远距离干涉方面取得突破，为此次多用户高维纠缠量子网络实验积累了关键技术。

 在最新工作中，研究团队利用光子的偏振和时间戳两个自由度产生四维纠缠态，并结合波分复用技术将纠缠光子分发给四个用户。四个用户通过单模光纤接入中心节点，用户间链路覆盖数十公里的典型城域距离范围，并形成六条两两连接的高维纠缠链路，实现了高维纠缠通信从点到点传输向多用户全连接网络的拓展。该网络可根据每条链路的噪声状况，独立选择信息容量更高的四维全空间编码，或采用四维纠缠内部抗噪能力更强的二维子空间编码，在不更换光源和网络结构的情况下兼顾密钥生成效率与抗噪性能。

图2.高维纠缠量子密钥分发网络示意图

 实验结果表明，在考虑实际器件损耗以及量子信号与经典通信信号共用光纤等实际条件时，四维编码在低噪声链路中仍能以高于传统二维方案的速率生成安全密钥；在个别噪声较强的链路中，采用四维纠缠内部的二维子空间编码仍可维持安全通信，而传统二维方案和四维全空间编码均已失效。研究团队还通过优化光纤干涉仪并引入主动相位控制，开展了持续12小时的稳定性测试，验证了网络长期运行的可行性。该成果验证了高维纠缠网络在通信效率、抗噪能力和运行灵活性方面的实际优势，表明其能够与现有光纤通信信号共存，为构建可扩展的高性能量子通信网络提供了新的技术路径。

 博士后仲振秋和已毕业博士展啸海为论文共同第一作者，王双教授为通讯作者。相关研究得到国家科技重大专项、国家自然科学基金、中国博士后科学基金、中国科学院和安徽省有关项目的支持。

 论文链接：https://doi.org/10.1364/OPTICA.596777